CN1716522A - 金属碳化物衬底表面的处理方法及这种金属碳化物衬底 - Google Patents
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Abstract
金属碳化物衬底的表面的处理方法，所述的金属碳化物衬底用于半导体制造工艺。本发明也涉及用根据本发明的方法处理的用于半导体制造工艺的金属碳化物衬底。根据本发明，所述的方法包括使用反应性气体混合物选择性蚀刻所述金属碳化物衬底表面的步骤，由此在所述的金属碳化物衬底上形成碳表面层，并除去在所述金属碳化物衬底上生成的所述碳表面层。因而，用根据本发明的方法步骤，能够获得具有表面结构的金属碳化物衬底，该表面结构遵从关于如半导体制造工艺中所需的尺寸和纯度的高标准。尤其是，根据本发明步骤处理的金属碳化物衬底非常适合作为用于搬运及容纳半导体晶片的晶片舟，在该半导体晶片上，在精确、优良控制工作条件(温度、压力和真空)下，完成半导体制造过程的后续处理工艺(例如半导体层淀积或温度退火)。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属碳化物衬底的表面的处理方法，所述的金属碳化物衬底使用在半导体制造过程中。
本发明也涉及经根据本发明的方法处理的用于半导体制造过程中的金属碳化物衬底。
背景技术
众所周知金属碳化物衬底，例如碳化硅SiC用在半导体制造过程中。尤其是金属碳化物可用作起始材料，从该起始材料构造例如晶片舟或支承环。这类构造用作多晶片的支架和定位工具，在半导体制造中该多晶片须经几个处理步骤。该处理工艺步骤是在关于温度、压力和真空的具体的、良好的控制条件执行的，并可在所述晶片上，例如使用化学汽相淀积技术(CVD)或其它工艺步骤例如温度退火淀积多层半导体材料。
应当注意在本专利申请中，术语“金属碳化物衬底”不仅指的是晶片舟支承架，而且意味着用在半导体制造过程中使用的例如反应容器中的由金属碳化物制造的其它构件或元件。
由于半导体制造过程(例如半导体层淀积)的随后的处理工艺步骤是在考虑温度、压力和真空的精确地控制环境下进行，并且也需要要求实现关于纯度和无污染的高标准的所谓的超净室环境，所以金属碳化物衬底也需要实现关于尺寸和热特性的高标准。
为此目标，为了处理衬底表面，形成例如晶片舟支持架的多个金属碳化物衬底元件须经机械加工操作。然而，用机械加工操作的表面处理导致金属碳化物衬底的表面中的小的几乎看不见的微小裂纹或孔洞。由于各种污染物可聚集在上述的微小裂纹中，在半导体工艺的过程中，污染物可由微小裂纹释放出来，由此污染沉积在晶片上的半导体层，所以这些微小裂纹或亚表面损伤对随后不同的半导体制造过程(例如半导体层淀积或高温退火)有不利的影响。污染将导致质量大大降低或产品不合格。
金属碳化物衬底上的亚表面损伤进一步的缺点是半导体制造过程中产生和释放出微粒的危险。由于在多个半导体层淀积过程中热状态变化，小的金属碳化物颗粒从金属碳化物衬底释放出来，并因此污染半导体制造过程。
发明内容
本发明的目的是提供如上所述消除上述缺点的一种方法和一种金属碳化物衬底。
根据本发明，所述方法包括使用反应性气体混合物选择蚀刻所述金属碳化物衬底表面的步骤，由此在所述的金属碳化物衬底上产生碳表面层，并除去在所述金属碳化物衬底上生成的所述碳表面层。
因而，用根据本发明的方法步骤，能够获得具有表面结构的金属碳化物衬底，该表面结构满足关于如半导体制造过程中所需的尺寸和纯度的高标准。尤其是，根据本发明步骤处理的金属碳化物衬底非常适合用作用于搬运及容纳半导体晶片的晶片舟，在该半导体晶片上，在精确、优良控制工作条件(温度、压力和真空)下，进行半导体制造过程后续处理工艺(例如半导体层淀积或温度退火)。
随着碳表面层的除去，除去以微裂纹形式存在的所有亚表面损伤，同时获得具有极其高纯度的光滑及清洁的SiC表面时，并除去了所有杂质。而且，由于亚表面损伤表面的除去，由此避免了来自金属碳化物表面的颗粒的产生及释放，该颗粒对半导体制造过程有不利的影响。
因此，用根据本发明的方法处理的金属碳化物衬底，在半导体制造过程中获得更高纯度级，具有高精确等级和低产品废弃率。
在根据本发明的方法的一个具体实施例中，通过氧化处理技术进行除去所述碳表面层的步骤。
在根据发明的方法的另一实施例中，通过氢化处理技术进行除去所述碳表面层的步骤。在另一实施例中，通过水热处理技术进行除去所述碳表面层的步骤。
此外，在本发明的一个有利实施例的功能蚀刻技术中，在蚀刻所述金属碳化物衬底表面的步骤中使用的反应性气体混合物是含有卤素的气体混合物，其中所述的反应性气体混合物的含有卤素的气体的浓度是100％。
在根据本发明的另一实施例中，含有卤素的气体是氯气(Cl2)，例如在氩环境中。
此外，在具有极好蚀刻特性的另一有利实施例中，反应性气体混合物也包含氢气(H2)。
在一个例子中，所述的反应性气体混合物的流量为每分钟0.5-5升，而所述反应性气体混合物的工作压力可处于100毫巴与环境压力之间，其中所述反应性气体混合物的工作温度可处于1000℃与1200℃之间。
依据本发明，用在半导体制造过程中的金属碳化物衬底的特征在于所述金属碳化物衬底包括表面，其中在所述的表面上，通过使用反应性气体混合物的蚀刻技术形成碳表面层，并随后从所述金属碳化物衬底除去碳表面层。
同样地，在根据本发明的金属碳化物衬底的一个具体实施例中，通过氧化处理技术除去所述的碳表面层。或者通过氢化处理技术可除去所述的碳表面层。同样地可以通过水热处理技术除去所述的碳表面层。
在根据本发明的金属碳化物衬底的一个具体实施例中，所述的金属碳化物衬底表面处在由包括含有卤素气体混合物的反应性气体混合物组成的反应性气体混合物的条件下。
此外，在一个更加具体的实施例中，所述反应性气体混合物的所述含有卤素气体浓度是100％，并且更具体地，所述的含有卤素气体是在Ar环境中的氯气(Cl2)。另外，反应性气体混合物液还可以包含氢气(H2)。
同样地，所述的反应性气体混合物的流速处于每分钟0.5-5升，而所述的金属碳化物衬底表面处于所述反应性气体混合物的工作压力可介于100毫巴与环境压力之间的条件下，或者所述的金属碳化物衬底表面处于所述反应性气体混合物的工作温度界于1000℃与1200℃之间的条件下。
附图说明
现在将通过附图说明本发明，附图显示为：
图1a-1d当处于或用根据本发明的方法处理时，根据本发明的金属碳化物衬底的实施例。
优选实施例的详细说明
在图1a中，公开了具有厚度D的金属碳化物衬底10，如碳化硅SiC，该衬底10常常用在半导体制造过程中。金属碳化物用作构成例如晶片舟或支撑环的起始材料。这种结构用作多晶片支架和定位装置，在半导体制造过程中，该些晶片经过多个处理步骤。在关于温度、压力和真空的具体、良好的控制条件下执行这些处理工艺步骤，并例如利用化学汽相淀积技术(CVD)或像温度退火一样的其它工艺步骤，在所述晶片上淀积多个半导体材料层。
与在本专利申请的前言部分中已说明的一样，上述金属碳化物衬底通常经受表面处理，其中，为了获得满足某种关于尺寸、光滑度和纯度的需要的光滑表面11，将表面11经受机械加工操作。
机械表面处理例如机械加工的缺点是在表面11中产生多个、几乎看不见的、小的微裂纹12，也称亚表面损伤。
该亚表面损伤对半导体制造过程有不利的影响，因为微裂纹12中存在的各种污染物可能扩散到微裂纹外，并进入后续半导体层淀积步骤中晶片所处的超净室环境中。因此，微裂纹12中存在的污染物对处理中的晶片的质量和成品率有不利的影响。
根据本发明，对金属碳化物衬底10的表面的处理方法包括使用反应性气体混合物蚀刻所述金属碳化物衬底10的表面11的步骤，由此在所述金属碳化物衬底10上生成碳表面层13。
该反应性气体混合物由具有例如100％浓度的含有卤素的气体成分组成。只要该卤素浓度足够的高，以与金属碳化物衬底10的表面11反应，则该反应性气体混合物也可以包括较低的含卤素的气体浓度。含有卤素的气体成分可以是选自卤素的任何化学物质，例如Ar环境中的氯气(Cl2)，其中，Ar(氩气)用作运载气体，氢气(H2)也可用作运载气体。
由于用反应性含卤素的气体混合物暴露金属碳化物10的亚表面损伤表面11，所以该含卤素的气体(纯卤素或卤素混合物)按照下面的反应式(1)与金属碳化物反应：
在该例子中，氯气(Cl2)作为用于处理碳化硅(SiC)衬底10的反应性气体混合物的反应含卤素成分，但也可以使用其它的卤素或含卤素的气体或其混合物(例如F2，Br2和I2)。
在另一实施例中，反应性气体混合物可以包含HCl，其按照如下反应式(2)与金属碳化物(这里为SiC)反应：
根据在反应性含卤素的气体混合物与金属碳化物表面11的反应，形成碳层13，其深度d’取决于执行蚀刻步骤的时间间隔。为了覆盖出现在金属碳化物衬底10的表面11中的所有微裂纹12(亚表面损伤)，深度d’(或碳层13与金属碳化物衬底10之间的过渡层14)必需非常的大(深)。
过渡层14的深度(碳层13的厚度d’)取决于蚀刻时间和/或蚀刻条件(温度、压力及卤素浓度)。
优选地蚀刻步骤的工作温度处于1000℃至1200℃之间，其中氯气Cl2反应性气体混合物的流速为每分钟0.5-5升。工作压力可介于100毫巴至环境压力之间。
当在卤素环境中执行蚀刻步骤时，除去出现在金属碳化物衬底10的表面11或微裂纹12中的所有种类的污染物。
在根据本发明的后续方法步骤中，例如使用氧化处理技术，除去产生在所述金属碳化物衬底10上的碳表面层13。根据所述后者的方法步骤的另一个实施例，通过氢化或水热处理技术除去碳表面层。
为了避免碰到在执行根据本发明的蚀刻步骤之前一样的问题，只要新的金属碳化物层14不受损伤，也可以执行机械除去步骤，例如喷丸(砂)或抛光。
可以在工作温度介于100℃至4000℃，压力条件可为不超过4000巴的真空下，进行碳表面层13的除去步骤。
作为碳表面层13的后者的除去步骤的结果，获得具有较小厚度d并具有满足关于光滑度的最高需求的金属碳化物衬底10’，并且所述衬底10’也展现出高纯度。由于不存在任何亚表面损伤，所以没有污染物能粘附或存在表面14上，由于不存在这些颗粒可存在其中的微裂纹，所以在半导体制造过程中，也没有颗粒的产生和传播。
Claims (22)
1、一种处理金属碳化物衬底表面的方法，所述的金属碳化物衬底用在半导体制造过程中，所述的方法包括使用反应性气体混合物选择性蚀刻所述金属碳化物衬底表面，由此在所述的金属碳化物衬底上形成碳表面层，以及
除去生成在所述金属碳化物衬底上的所述碳表面层。
2、根据权利要求1的方法，其中通过氧化处理技术执行除去所述碳表面层的步骤。
3、根据权利要求1的方法，其中通过氢化处理技术执行除去所述的碳表面层的步骤。
4、根据权利要求1的方法，其中通过水热处理技术执行除去所述的碳表面层的步骤。
5、根据上述任一权利要求，其中在蚀刻所述金属碳化物衬底表面的步骤中使用的反应性气体混合物是含有卤素气体混合物。
6、根据权利要求5的方法，其中所述的反应性气体混合物的含有卤素气体的浓度是100％。
7、根据权利要求5的方法，其中含有卤素气体是氩环境中的氯气Cl2。
8、根据权利要求5的方法，其中反应性气体混合物也包含氢气(H2)。
9、根据上述任一权利要求，其中所述的反应性气体混合物的流速为每分钟0.5-5升。
10、根据上述任一权利要求，其中所述反应性气体混合物的工作压力处于100毫巴与环境压力之间。
11、根据上述任一权利要求，其中所述反应性气体混合物的工作温度处于1000℃与1200℃之间。
12、一种在半导体制造过程中使用的金属碳化物衬底，所述的金属碳化物衬底包括表面，其中在所述的表面上使用反应性气体混合物通过蚀刻技术形成碳表面层，并以后从所述的金属碳化物衬底除去碳表面。
13、根据权利要求12的金属碳化物衬底，其中通过氧化处理技术除去所述的碳表面层。
14、根据权利要求12的金属碳化物衬底，其中通过氢化处理技术除去所述的碳表面层。
15、根据权利要求12的金属碳化物衬底，其中通过水热处理技术除去所述的碳表面层。
16、根据权利要求12-15中任一的金属碳化物衬底，其中在所述的蚀刻技术中，所述的金属碳化物衬底表面处于包括含有卤素气体混合物的反应性气体混合物的条件下。
17、根据权利要求16的金属碳化物衬底，其中所述的反应性气体混合物的含有卤素气体的浓度是100％。
18、根据权利要求16或17的金属碳化物衬底，其中含有卤素气体是氩环境中的氯气Cl2。
19、根据权利要求16、17或18的金属碳化物衬底，其中反应性气体混合物也包含氢气(H2)。
20、根据权利要求12-19中任一的金属碳化物衬底，其中所述的反应性气体混合物的流速为每分钟0.5-5升。
21、根据权利要求12-19中任一的金属碳化物衬底，其中所述金属碳化物衬底表面处在所述反应性气体混合物的工作压力处于100毫巴与环境压力之间的条件下。
22、根据权利要求12-19中任一的金属碳化物衬底，其中所述金属碳化物衬底表面处在所述反应性气体混合物的工作温度处于1000℃与1200℃之间的条件下。
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